Ученые улучшили переработку пластика с новым методом анализа отходов

ЯМР как компас: ведет переработку пластика по верному пути. Источник: DICP

Пластиковые отходы накапливаются по всему миру, и это серьезно угрожает природе. Один из перспективных способов решения проблемы — переработка пластика в топливо и полезные химические вещества с помощью катализаторов. Но есть сложность: реальный пластиковый мусор — это смесь самых разных материалов, и чтобы его перерабатывать эффективно, нужно сначала точно определить, из чего он состоит.

В недавнем исследовании, опубликованном в журнале Nature, группа ученых под руководством профессора Сюй Шутао из Даляньского института химической физики совместно с коллегами из Пекинского университета разработала новый метод анализа пластиковых отходов — твердотельную ядерно-магнитную резонансную спектроскопию (ЯМР).

Твердотельная ЯМР-спектроскопия — это метод, который позволяет изучать структуру твердых материалов, например пластика, с помощью магнитного поля. В отличие от жидкостной ЯМР, где образец растворяют, здесь материал анализируют в исходном состоянии. Метод «видит» атомы водорода и углерода в полимерах и показывает, как они связаны между собой, что помогает точно определить тип пластика.

Обычные методы плохо справляются с нерастворимыми образцами, а твердотельный ЯМР позволяет изучать сложные полимерные системы напрямую. Ученые применили усовершенствованную версию этого метода — 1H-13C FSLG-HETCOR ЯМР. Они подобрали оптимальные параметры (скорость вращения образца, время контакта и силу развязки сигналов) и использовали меченый изотопом 13С тирозин для калибровки. В результате получились четкие «отпечатки» каждого из восьми типов пластика в смеси:

• полистирол (PS)

• полимолочная кислота (PLA)

• полиуретан (PU)

• поликарбонат (PC)

• поливинилхлорид (PVC)

• полиэтилентерефталат (PET)

• полиэтилен (PE)

• полипропилен (PP)

Метод дал высокую четкость сигналов, что позволило не только идентифицировать разные виды пластика, но и отслеживать их изменения в реальном времени.

Ученые также показали, как этот подход работает на практике: они смогли контролировать весь процесс переработки сложной смеси пластиковых отходов в ценные химические продукты.

Твердотельный ЯМР — это как «наводящий глаз» для переработки пластика. Он помогает разобраться, что именно находится в смеси, и направляет процесс, — объясняет профессор Сюй.

Определив ключевые сигналы разных пластиков, исследователи заложили основу для их эффективного разделения и переработки. Теперь можно объединять разные технологии переработки в единую систему, что приближает нас к промышленному решению проблемы пластикового загрязнения.

Главное преимущество этого метода — точность. Современные технологии переработки пластика часто сталкиваются с проблемой: если в сырье попадает «неправильный» тип полимера, весь процесс может пойти насмарку. Новый метод ЯМР позволяет заранее определить состав смеси и подобрать оптимальный способ ее переработки.

Кроме того, технология ускоряет разработку новых катализаторов. Если раньше ученые тратили месяцы на анализ продуктов реакции, теперь они могут видеть изменения в режиме реального времени. Это особенно важно для промышленности, где каждый день простоя — это убытки.

Наконец, метод универсален. Он работает с любыми типами пластика, включая те, которые раньше считались «неперерабатываемыми».

Основной недостаток — высокая стоимость оборудования. Твердотельный ЯМР-спектрометр — это сложный и дорогой прибор, который есть далеко не в каждой лаборатории. Для массового внедрения технологии потребуются более дешевые аналоги или государственные субсидии для перерабатывающих предприятий.

Источник: https://innovanews.ru/info/news/ecology/uchenye-uluchshili-pererabotku-plastika-s-novym-metodom-analiza-otkhodov/